Desenvolvimento e caracterização de membranas nanoestrutruradas de óxido de grafeno para eletrodos de supercapacitor

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Oliveira, Rodrigo Andrade de [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Nanocompósitos; Supercapacitores estruturais; Materiais nanocarbonosos; Nanocompósitos (Materiais); Óxido de grafeno; Nanotubos de carbono; Materiais compostos; Oxide graphene papers; EDLC; Nanocomposites; Supercapacitors; Nanocarbon materials
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/255811

Esta pesquisa teve como objetivo realizar o desenvolvimento e a caracterização de membranas nanoestrutruradas autoportantes utilizando óxido de grafeno (GO), óxido de grafeno reduzido (rGO) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) para aplicação em eletrodos para dispositivo capacitor de dupla camada (Eletric double layer capacitors - EDLC), também conhecidos por supercapacitores. As membranas foram manufaturadas utilizando dispersão ultrasonificada em meio líquido, seguida de filtração a vácuo e, posteriormente, tratadas termicamente em atmosfera inerte a 400 °C, para o aumento da condutividade elétrica. A etapa de caracterização envolveu o uso das técnicas de termogravimetria (TGA), espectroscopia Raman, análise de resistividade de superfície por meio de dispositivo de quatro pontas em corrente contínua (DC), difratometria de raios X (DRX) e determinação de área superficial por adsorção (B.E.T). A morfologia dos nanocompósitos foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Após as caracterizações das membranas, dispositivos supercapacitores foram construídos em formato de célula moeda e caracterizados por voltametria cíclica (VC), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Visando o escalonamento da tecnologia na manufatura de dispositivos com maior capacidade de armazenamento, membranas com dimensão de 100 mm x 100 mm foram manufaturas para a obtenção de dispositivos EDLC conhecidos como Pouch-cell. Como resultados, pode-se ressaltar a contribuição das técnicas de caracterizações realizadas para a determinação da constituição final de membrana nanocarbonosa híbrida, contendo GO, rGO e MWCNT. O tratamento térmico reduziu a resistividade elétrica das membranas com a remoção dos grupos oxigenados, sendo confirmada sua efetividade por meio das diferentes caracterizações realizadas, resultando em uma condutividade elétrica das membranas de 1184 S/m e 1139 S/m, respectivamente para a composta por óxido de grafeno (GOp) e para a híbrida (HHp). O EDLC caracterizado em célula moeda com eletrodos de GOp resultaram em uma densidade de energia de 9,9 W.h/kg, e densidade de potência de 8,3 kW/kg. Estes resultados foram melhorados com o uso da membrana HHp, obtendo-se 40,5 W.h/kg e 18,2 kW/kg. A manufatura da Pouch-cell utilizando os eletrodos autoportantes se mostrou viável, embora ainda necessário o aprimoramento dos métodos empregados.